Масс-спектрометр с многократным прохождением ионами магнитного поля

Изобретение относится к техникемасс-спектрометрии и может бытьиспользовано для проведения количественных и качественных анализов ве 20 25 35 50 ществ, изучения механизма химическихреакций и в других случаях, когданеобходимо прецизионное измерениемасс атомов и молекул.Целью изобретения является увеличение разрешающей способности ичувствительности и упрощение конструкции масс-спектрометра с многократнымпрохождением ионами магнитного поля.На фиг,1 схематически изображенмасс-спектрометр с многократным прохождением ионами магнитного поля впроекции на среднюю плоскость; нафиг.2. - то же, в проекции на плоскость, перпендикулярную к средней,Масс-спектрометр состоит из источника 1 и приемника 2 ионов, магнита 3 с круглыми полюсами и трехдвухпластинных электродов 4-6, составленных из частей плоских колец,Электродная система и магнитные полюса обладают вращательной симметрией относительно общей оси, проходящей через центр магнитных полюсов перпендикулярно к средней плоскости, являющейся плоскостью симметрии магнитной и электростатическойсистем,Предлагаемый масс-спектрометрработает следующим образом,Исследуемое вещество, масс-спектральный состав которого требуетсяопределить, преобразуется источником1 ионов в ионный пучок, которыйпоступает в магнитное поле магнита3 с эффективным радиусом К под угломЯ, отклоняется, разлагается по массам и энергиям ионов и выходит изполя под тем же углом Е , Магнитноеполе обеспечивает стигматическую 4фокусировку пучка, Его дисперсия помассе, равная дисперсии по энергии,Ъ = 2 = К(2 + с Е)зпЕ, гдерадиус траекторий ионов в магнитном поле. Затем пучок попадает вэлектростатическую систему, на электроды которой поданы потенциалы,тормозящие ионы при движении в направлении от центра системы. В поле,образованном внутренним 4 и средним55 электродами, ионы уменьшают своюэнергию, но продолжают двигаться наружу, в поле, образованном средним5 и внешним б электродами, ионы тормозятся, меняют свое направлениедвижения и возвращаются в магнитноеполе, При выполнении соотношенияК зпЕК соз Ы/2- пучок снова входитв магнитное поле под углом с., Электрическое поле компенсирует дисперсию магнитного поля по энергии, но не влияет на его дисперсию по массе. При одном отражении в электрическом поле дисперсия по энергии равна П, После вторичного прохождения магнитного поля дисперсия по массе удваивается и при повторных прохождениях растет пропорционально их числу, Поле электростатической системы осуществляет фокусировку пучка в двух взаимно ортогональных направлениях, что обеспечивает значительную величину светосилы прибора, Если услоГ совЕвие - = в(4 + ссд Е) выполК 4нено, то фокусы магнитной и электростатической системы оказываются совмещенными и в приборе достигается стигматическая. фокусировка пучка,ППри выполнении соотношенияВ.и г(2 + сц Я)фзпЕ для и проходов в магнитном поле и (и - 1) отражений в электрическом поледисперсии по энергии этих полей становятся равными п 5 = (и - 1)П и компенсируют друг друга, в масс-спектрометре достигается фокусировка по энергии. В приемное устройство 2 попадают ионы заданной массы, независимо от,их энергии. Изменяя напряженность магнитного поля, можно снять спектр ионов по массам, Общая дисперсия прибора по массе П = пЗ =оиц = 2 пр.Приведенная совокупность признаков обеспечивает значительное упрощение конструкции электростатической системы, дает воэможность изменения пространственного распределения электрического поля и подстройки прибора путем вариации потенциалов на электродах отражающей системы; обеспечивает свободу движения ионов по в сему конно-оптическому тракту,.на их пути не встречаются ни сетки, ни щели. Это сводит к минимуму рассеяние и выбивание вторичных частиц,74бкостью. Механическая сборка предлагаемого масс-спектрометра значительно проще, так как пучок входит в электрическое поле свободно и не должен каждый раз точно попадать в узкую щель, как в прототипе. Неизбежные погрешности механической сборки легко ликвидируются электрической юстировкой, В предлагаемом приборе отсутствуют эффекты, связанные с многократным прохождением ионов через узкую щель, - рассеяниеионов и выбивание вторичных заряженных частиц, что обеспечивает высокое разрешение у основания спект,ральных линий,формула изобретения Масс-спектрометр с многократнымпрохождением ионами магнитного поля, содержащий источник и приемник ионов, магнит с плоскими полюсами круглой формы, электростатическую отражающую систему с осевой симметрией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности и упрощения конструкции, электростатическая отражающая система выполнена в виде трех или более электродов, каждый из которых состоит из двух идентичных плоских проводящих колец или частей колец с центрами на оси вращательной симметрии магнитных полюсов, а полеэадающие поверхности электростатической системы совмещены с двумя параллельными плоскостями, симметричными параллельной поверхности полюсов средней плоскости, общей для электростатической и магнитной систем, причем параметры этих систем связаны следующими соотношениями;1Кэж яхпЕс фК со У-" Й сояЕ2) где К - радиус эффективной. поверх-,Эфности отражения, м;К - эффективный радиус магнитного поля, м,5 15257а также потери анализируемых ионов.Повышается точность и надежностьизмерений, значительно облегчаетсяизготовление прибора,Выполнение электродов отражающейсистемы в виде нескольких пар идентичных плоских проводящих колец иличастей колец с центрами на оси вращательной симметрии магнитных полю Осов необходимо для упрощения кон;струкции электростатической системымасс-спектрометра, а также для обеспечения свободы движения ионов вэлектрическом поле. Использование 15трех и более двухпластинных элек 1тродов позволяет осуществить точнуюэлектрическую подстройку прибора.В таблице приведены примеры найденных с помощью ЭВМ значений параметров магнитного анализатора иэлектростатической отражающей сис- .Фтемы, которые удовлетворяют приведенным соотношениям в зависимостиот числа прохождений ионами магнитного поля, создаваемого круглымиполюсами с .К 50 мм.В таблицей - расстояние междуполезадающими поверхностями электростатической системы, КиК - средние радиусы ЗОзазоров между электродами (фиг,1).Внутренний электрод 4 отражающейсистемы заземлен, внешний электрод6 находится под потенциалом , ве"личина отношения которого к ускоряющему потенциалу Ч источника ионовуказана в таблице, На средний электрод 5 подается корректировочныйпотенциал, подпираемий экспериментально. Расчеты справедливы при ширине 40щелей между электродами 4 и 5, 5 и 6. Ю = О,25 й.Приведенные результаты свидетельствуют, что при очень малыхгабаритах ионно-оптической системыв заявляемом спектрометре удаетсяобеспечить фокусировку по энергии,пространственную фокусировку пучкаи получить большую дисперсию по мас. се, а следовательно, и разрешающую 5 рспособность. Увеличивая все линейные размеры магнитной и электростатической системы в одно и то же число раз, можно во столько же раз уве,личить и дисперсию по массе. В отли-,. 55чие от прототипа, электроды предлагаемого устройства имеют оченьпростую форму - они плоские, ихлегко изготовить с требуемой точ"траектории пучка иэ магнитного поля, рад; М - угол отклонения ионовв отражающей системе,рад;Й - фокусное расстояние электростатической отражающеисистемы, м;0 - линейная дисперсияпо энергииэлектростатической системыпри одном отражении, м;и - число прохождений ионамимагнитного поля1525774Составитель В.Кащеев Редактор М.Циткина Тсхред Л.Сердюкова Корректор С,ИекмарЗаказ 7233/48 тираж 696 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101